(57)【要約】【課題】  光電変換素子と、レンズ部とのアライメント精度を向上することができ、小型化及び薄型化が可能な光電変換装置及びその製造方法、並びに光導波モジュール及び光情報処理装置を提供すること。【解決手段】  光出射面又は光入斜面５が露出するように素子基体１に設けられた光電変換素子（例えば発光素子又は受光素子）２と、光電変換素子２に対応したレンズ部６が設けられた単一のレンズ基体７とからなり、光出射面又は光入斜面５の側において素子基体１にレンズ基体７が直接接合されている光電変換装置１０、及びその製造方法。本発明の光電変換装置と、光導波部（例えば光導波路）とからなる、光導波モジュール。本発明の光電変換装置と、光導波部と、前記光電変換素子を駆動する駆動素子とからなる、光情報処理装置。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射面又は光入斜面が露出するように素子基体に設けられた光電変換素子と、前記光電変換素子に対応したレンズ部が設けられた単一のレンズ基体とからなり、前記光出射面又は光入斜面の側において前記素子基体に前記レンズ基体が直接接合されている、光電変換装置。
【請求項２】
前記レンズ基体において前記レンズ部以外に存在するランド面のレベル位置が、前記レンズ部の最上面位置より高い、請求項１に記載した光電変換装置。
【請求項３】
前記素子基体及び前記レンズ基体のうち少なくとも前記素子基体に、前記光電変換素子と前記レンズ部との光軸合わせ用のアライメントマークが設けられている、請求項１に記載した光電変換装置。
【請求項４】
光出射面又は光入斜面が露出するように光電変換素子を素子基体に形成する工程と、単一のレンズ基体に前記光電変換素子に対応したレンズ部を設ける工程と、前記光出射面又は光入斜面の側において前記素子基体に前記レンズ基体を直接接合する工程とを有する、光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
透明基体に予め前記レンズ部を形成し、この透明基体を前記レンズ基体として前記素子基体に直接貼り付ける、請求項４に記載した光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記素子基体に前記レンズ基体としての透明基体を直接貼り付けた後、前記光電変換素子に対応した位置において前記透明基体に前記レンズ部を形成する、請求項４に記載した光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記光電変換素子を設けた前記素子基体を素子形成面とは反対側から部分的に除去して前記光出射面又は光入斜面を露出させる、請求項４に記載した光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記レンズ基体において前記レンズ部以外の領域に、前記レンズ部の最上面位置より高いランド面を形成する、請求項４に記載した光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記素子基体及び前記レンズ基体のうち少なくとも前記素子基体に、前記光電変換素子と前記レンズ部との光軸合わせ用のアライメントマークを設ける、請求項４に記載した光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した光電変換装置と、光導波部とからなる、光導波モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した光電変換装置と、光導波部と、前記光電変換素子を駆動する駆動素子とからなる、光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びその製造方法、並びに光導波モジュール及び光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体チップ間の信号伝搬は、全て基板配線を介した電気信号によりなされている。しかし、昨今のＭＰＵ高機能化に伴い、チップ間にて必要とされるデータ授受量は著しく増大し、結果として様々な高周波問題が浮上している。それらの代表的なものとして、ＲＣ信号遅延、インピーダンスミスマッチ、ＥＭＣ／ＥＭＩ、クロストーク等が挙げられる。
【０００３】
上記の問題を解決するため、これまで実装業界などが中心となり、配線配置の最適化や新素材開発などの様々な手法を駆使し、解決に当たってきた。
【０００４】
しかし近年、上記の配線配置の最適化や新素材開発等の効果も物性的限界に阻まれつつあり、今後システムの更なる高機能化を実現するためには、単純な半導体チップの実装を前提としたプリント配線板の構造そのものを見直す必要が生じてきている。近年、これら諸問題を解決すべく様々な抜本対策が提案されているが、以下にその代表的なものを記す。
【０００５】
・マルチチップモジュール（ＭＣＭ）化による微細配線結合
高機能チップを、セラミック・シリコンなどの精密実装基板上に実装し、マザーボード（多層プリント基板）上では形成不可能である微細配線結合を実現する。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００６】
・各種半導体チップの封止、一体化による電気配線結合
各種半導体チップをポリイミド樹脂などを用いて二次元的に封止、一体化し、その一体化された基板上にて微細配線結合を行う。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００７】
・半導体チップの三次元結合
各種半導体チップに貫通電極を設け、それぞれを貼り合わせることで積層構造とする。これにより、異種半導体チップ間の結線が物理的に短絡化され、結果として信号遅延などの問題が回避される。但しその一方、積層化による発熱量増加、半導体チップ間の熱応力などの問題が生じる。
【０００８】
さらに、上記のように信号授受の高速化及び大容量化を実現するために、光配線による光伝送結合技術が開発されている（例えば、後記の非特許文献１及び非特許文献２参照。）。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能である。例えば図４に示すように、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されているプリント配線板５０上に光導波路５１を形成し、発光素子（例えば面発光レーザー）５２によって信号変調された光を光導波路５１へ入射させ、入射した光は光導波路５１を導波し、光導波路５１から出射された光は、受光素子（例えばフォトダイオード）５３によって受光される。このように、光導波路５１を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００９】
また、発光素子５２や受光素子５３には、レンズ部５８が設けられたレンズ基体５９が接合されており、これにより、発光素子５２からの発光光を平行光化して効果的に光導波路５１へ入射させることができ、或いは、光導波路５１から出射された光を集光して効果的に受光素子５３へ受光させることができる。
【００１０】
以下に、発光素子５２と、レンズ部５８が設けられたレンズ基体５９とからなる光電変換装置の製造方法を説明する。まず、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ等の基体５４に発光素子５２を形成し、この基体５４に補強材５５を貼り付ける。次いで、図５（ｃ）に示すように、発光素子５２の光出射面５６が露出するように、基体５４を研削又はエッチング等により薄板化する。次に、図５（ｄ）に示すように、発光素子５２の光出射面５６の側において、補強のための透明支持基体５７を接合し、補強材５５を剥離する。次に、図５（ｅ）に示すように、発光素子５２からの信号光を平行光化して効果的に光導波路へ入射させるために、基体５４に透明支持基体５７を介して、発光素子５２に対応する位置にそれぞれレンズ部５８が設けられたレンズ基体５９を接合する。なお、図４の受光素子５３についても上述した発光素子５２と同様にして、光導波路５１から出射された光を集光して効果的に受光素子５３へ受光させるために、受光素子５３を形成した基体に、レンズ部が設けられたレンズ基体を透明支持基体を介して接合する（図示省略）。以上のようにして、従来例による光電変換装置６０は作製される。
【００１１】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、“光配線との遭遇”２００１年１２月３日の１２２頁、１２３頁、１２４頁、１２５頁、図４、図５、図６、図７
【非特許文献２】NTT R&D, vol.48, no.3, pp.271-280 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来例では、レンズ基体５９を透明支持基体５７を介して基体５４に貼り付けるので、発光素子５２又は受光素子５３と、レンズ部５８とのアライメント精度が低下することがある。
【００１３】
また、光電変換装置６０の厚さが、基体５４、透明支持基体５７及びレンズ基体５９の厚みの合計となるため、小型化、薄型化が難しい。さらに、透明支持基体５７とレンズ基体５９とを有するため、発光素子５２からの発光光のビーム径をより小径化するには限界がある。
【００１４】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光電変換素子と、レンズ部とのアライメント精度を向上することができ、小型化及び薄型化が可能な光電変換装置及びその製造方法、並びに光導波モジュール及び光情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
即ち、本発明は、光出射面又は光入斜面が露出するように素子基体に設けられた光電変換素子と、前記光電変換素子に対応したレンズ部が設けられた単一のレンズ基体とからなり、前記光出射面又は光入斜面の側において前記素子基体に前記レンズ基体が直接接合されている、光電変換装置に係るものである。
【００１６】
また、光出射面又は光入斜面が露出するように光電変換素子を素子基体に形成する工程と、単一のレンズ基体に前記光電変換素子に対応したレンズ部を設ける工程と、前記光出射面又は光入斜面の側において前記素子基体に前記レンズ基体を直接接合する工程とを有する、光電変換装置の製造方法に係るものである。
【００１７】
また、本発明の光電変換装置と、光導波部とからなる、光導波モジュールに係るものである。
【００１８】
さらに、本発明の光電変換装置と、光導波部と、前記光電変換素子を駆動する駆動素子とからなる、光情報処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、前記光電変換素子の前記光出射面又は光入斜面の側において前記素子基体に、前記レンズ部が設けられた前記単一のレンズ基体を直接接合するので、上記の従来例のように、透明支持基体を介して素子基体とレンズ基体とを接合するのに比べ、前記光電変換素子と前記レンズ部とのアライメント精度の向上を図ることができる。
【００２０】
また、本発明の光電変換装置の厚さは、前記素子基体及び前記レンズ基体の厚みの合計となるため、従来例に比べて小型化、薄型化を容易に実現することができる。さらに、薄型化することができるので、例えば、前記光電変換素子としての発光素子からの発光光のビーム径をより小径化することができるなど、光学設計の自由度が増す。
【００２１】
また、従来例における透明支持基体を接合する工程を削減することができるので、作製プロセスをより簡素化することができ、またコストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明において、前記光電変換素子は発光素子（例えば面発光レーザー）や受光素子（例えばフォトダイオード）であることが望ましく、前記レンズ部によって前記発光素子からの信号光を平行光化して効果的に前記光導波部へ入射させることができ、或いは、前記光導波部から出射された光を集光して効果的に前記受光素子へ受光させることができる。
【００２３】
また、透明基体に予め前記レンズ部を形成し、この透明基体を前記レンズ基体として前記素子基体に直接貼り付けることが好ましい。
【００２４】
また、前記素子基体に前記レンズ基体としての透明基体を直接貼り付けた後、前記光電変換素子に対応した位置において前記透明基体に前記レンズ部を形成することも可能である。
【００２５】
また、前記光電変換素子を設けた前記素子基体を素子形成面とは反対側から部分的に除去して前記光出射面又は光入斜面を露出させることが好ましい。
【００２６】
また、前記レンズ基体において前記レンズ部以外の領域に、前記レンズ部の最上面位置より高いランド面を形成するのが好ましい。これにより、前記レンズ部等の光電変換装置構成部位を破壊することなく、一般的な装置でのハンドリングが可能となる。
【００２７】
さらに、前記素子基体及び前記レンズ基体のうち少なくとも前記素子基体に、前記光電変換素子と前記レンズ部との光軸合わせ用のアライメントマークを設けることが好ましい。これにより、ウエハーレベルでのより高精度かつ容易なアライメントが可能となる。
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２９】
第１の実施の形態
図１は、本発明に基づく光電変換装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【００３０】
まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ等の素子基体１に発光素子（例えば面発光レーザー）や受光素子（例えばフォトダイオード）等の光電変換素子２を形成し、この素子基体１に補強材３を貼り付ける。このとき、光電変換素子２の形成と同時に、素子基体１に光電変換素子２と後述する前記レンズ部との光軸合わせ用のアライメントマーク４を設けることが好ましい。これにより、ウエハーレベルでのより高精度かつ容易なアライメントが可能となる。光電変換素子２の作製方法は、従来公知の方法がいずれも適用可能である。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、光電変換素子２を設けた素子基体１を素子形成面とは反対側から研削又はエッチング等により部分的に除去して、光電変換素子２の光出射面又は光入斜面５を露出させ、素子基体１を薄板化する。
【００３２】
次に、図１（ｄ）に示すように、予めレンズ部６を形成した透明基体（例えばガラス基体）７を前記レンズ基体として用い、この透明基体７を接着剤（図示省略）等により素子基体１に直接貼り付ける。透明基体７へのレンズ部６の形成は、従来公知の方法がいずれも適用可能である。
【００３３】
ここで、予めレンズ部６を形成した透明基体７を素子基体１に直接貼り付けるのに代えて、図示省略したが、素子基体１に透明基体７を直接貼り付けた後、光電変換素子２に対応した位置において透明基体７にレンズ部６を形成することも可能である。
【００３４】
また、レンズ部６を有する透明基体７においてレンズ部６以外の領域に、レンズ部６の最上面位置より高いランド面８を形成するのが好ましい。これにより、本発明に基づく光電変換装置をハンドリングするに際し、レンズ部６等の光電変換装置構成部位を破壊することなく、一般的な装置でのハンドリングが可能となる。
【００３５】
さらに、図１（ｄ）及び図２に示すように、素子基体１と同様にして透明基体７にも、光電変換素子２とレンズ部６との光軸合わせ用のアライメントマーク９を設けることが好ましい。これにより、ウエハーレベルでのより高精度かつ容易なアライメントが可能となる。
【００３６】
レンズ部６によって光電変換素子２としての前記発光素子からの信号光を平行光化して効果的に前記光導波部（図示省略）へ入射させることができ、或いは、前記光導波部から出射された光を集光して効果的に光電変換素子２としての前記受光素子へ受光させることができる。
【００３７】
そして、素子基体１にレンズ部６を有する透明基体７を直接貼り付けた後、補強材３を剥離する。
【００３８】
上記のようにして、本発明に基づく光電変換装置１０を作製することができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、光電変換素子２の光出射面又は光入斜面５の側において素子基体１に、レンズ部６が設けられた単一の透明基体７を直接接合するので、上記の従来例のように、透明支持基体を介して素子基体とレンズ基体とを接合するのに比べ、光電変換素子２とレンズ部６とのアライメント精度の向上を図ることができる。
【００４０】
また、本発明に基づく光電変換装置１０の厚さは、素子基体１及び透明基体７の厚みの合計となるため、従来例に比べて小型化、薄型化を容易に実現することができる。
【００４１】
さらに、薄型化することができるので、例えば、光電変換素子２としての前記発光素子からの発光光のビーム径をより小径化することができるなど、光学設計の自由度が増す。具体的には、発光径Φ１０μｍ、放射角全角９０°の面発光レーザーから、できるだけ小径の平行ビームを取り出したい場合、図５に示すような従来例において、透明支持基体５７の厚さを１００μｍ、レンズ基体５９の厚さを１００μｍとすると、ビーム径の制御に関与する厚さが２００μｍとなるため、最小ビーム径はΦ４１０μｍとなる。これに対し、本発明に基づく光電変換装置１０は、透明基体７の厚さを１００μｍとすると、ビーム径の制御に関与する厚さが透明基体７の厚さ１００μｍのみと薄くなるので、最小ビーム径は２１０μｍとなり、ビーム径のより小径化が可能となる。
【００４２】
また、従来例における透明支持基体を接合する工程を削減することができるので、作製プロセスをより簡素化することができ、またコストダウンが可能となる。
【００４３】
第２の実施の形態
図３は、本発明に基づく光情報処理装置の一例の概略断面図である。図３に示すように、本発明に基づく光情報処理装置１１は、本発明に基づく光電変換装置１０と、前記光導波部としての例えば光導波路１２と、光電変換素子２を駆動する駆動素子１３とからなる。また、本発明に基づく光電変換装置１０はインターポーザー１４にはんだ１５によって実装され、またインターポーザー１４の光電変換装置１０とは反対の面側において駆動素子１３が実装されている。そして、光電変換素子２ａ、２ｂと駆動素子１３とがインターポーザー１４の貫通電極１６を介して電気的に接続されている。さらに、光導波路１２はプリント配線板１７に実装されている。
【００４４】
前記光導波部としての光導波路１２は特に限定されず、従来公知のものが使用可能であるが、例えば、クラッド１８ａ、１８ｂと、これらクラッド１８ａ、１８ｂ間に挟持されたコア層１９とを有し、また光入射部及び光出射部にそれぞれレンズ部材２０を有する。更に、光導波路１２の光入射端面及び光出射端面は、４５°ミラー面に形成されている。
【００４５】
本発明に基づく光情報処理装置１１のメカニズムは、前記光電変換素子としての発光素子２ａによって信号変調された光（例えばレーザー光）がレンズ部６で平行光化される。この信号光は、更に光導波路１２の光入射部に形成されたレンズ部材２０によって集光され、光導波路１２のコア層１９へ効果的に入射される。入射した光は光導波路１２を導波し、光導波路１２の光出射部に形成されたレンズ部材２０によって平行光化されて、光導波路１２から出射される。そして、出射光はレンズ部６によって集光されて、前記光電変換素子としての受光素子２ｂに効果的に受光される。このように、光導波路１２を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【００４７】
例えば、前記レンズ部の形状は特に限定されず、上記に凸レンズの例を挙げて説明したが、凹レンズであっても勿論構わない。
【００４８】
また、前記光導波部として前記光導波路を用いる例を挙げて説明したが、例えば光ファイバー等も適用可能である。
【００４９】
なお、本発明は、レーザー光に信号を乗せた上述した光配線システムに好適であるが、これ以外にも、光源等の選択によりディスプレイ用などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施の形態による、本発明に基づく光電変換装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図２】同、本発明に基づく光電変換装置を構成する前記レンズ部が設けられた前記透明基体の一例を示す概略平面図である。
【図３】第２の実施の形態による、本発明に基づく光情報処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】従来例による、光配線システムの一例の概略断面図である。
【図５】同、光電変換装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…素子基体、２…光電変換素子、２ａ…発光素子、２ｂ…受光素子、３…補強材、
４、９…アライメントマーク、５…光出射面又は光入斜面、６…レンズ部、
７…透明基体、８…ランド面、１０…光電変換装置、１１…光情報処理装置、
１２…光導波路、１３…駆動素子、１４…インターポーザー、１５…はんだ、
１６…貫通電極、１７…プリント配線板、１８ａ、１８ｂ…クラッド、１９…コア層、
２０…レンズ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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